Ход работы. Исследование процесса разряда конденсатора

Исследование процесса разряда конденсатора.

1. Ознакомьтесь с приборами. В работе используется блок питания, мультиметр, секундомер и конденсаторный модуль (рис.10, 11).

2. Установите переключатель мультиметра в положение “20 V— “ (рис.12). Включите мультиметр.

3. Включите блок питания. Установите переключатели в положение «выход. напряж.» и «3-15». Ручкой «Плавно» установите напряжение 15 В.

4. Подключите мультиметр к первому конденсатору (клеммы 2-3).

5. Зарядите конденсатор. Для этого коснитесь проводами от блока питания клемм 2-3. Запишите напряжение на конденсаторе U_0.

6. В момент отключения проводов питания от конденсатора включите секундомер. Конденсатор начнет разряжаться через внутреннее сопротивление мультиметра (R_V = 10 МОм).

7. Записывайте показания секундомера t и вольтметра U с шагом 0,5 В. Измерения удобно проводить с использованием памяти секундомера (см. инструкцию по управлению секундомером). Если в начале измерений напряжение слишком быстро спадает, то первые измерения можно сделать с бόльшим шагом. Проводите измерения до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным 1 В. Данные занесите в таблицу:

8. Выключите мультиметр.

9. Постройте зависимость U(t) для конденсатора при U_пит.=15 В. Найдите из графика 1) время τ_е, когда напряжение на конденсаторе уменьшилось в е раз, 2) τ_е2 время, когда напряжение уменьшилось в е². Сравните отношение с теоретическим.

10. По значению τ_e вычислите емкость конденсатора.

Определение действующей площади пластин.

1.

2. Подключите пластины конденсатора ко входу Сх мультиметра. Установите переключатель мультиметра в положение «2000р» (рис.14). Включите мультиметр.

3. Вращая гайку, соедините пластины. В момент соединения мультиметр покажет “1”.

4. При помощи глубиномера штангенциркуля измерьте расстояние от верхней пластины до поверхности стола. Запишите значение Х₀ (толщину двух пластин).

5. Вращая гайку, приподнимите пластину примерно на 1 мм. Снова измерьте расстояние от верхней пластины до поверхности стола. Запишите емкость конденсатора.

6. Далее приподнимайте пластину так, чтобы емкость изменялась на 1/10 от величины, измеренной в п. 5. При каждом подъеме измеряйте расстояние от верхней пластины до поверхности стола. Измерения продолжайте до тех пор, пока емкость не станет равной 40-60 пФ. Измерения занесите в таблицу:

№ п/п	Расстояние от верхней пластины до стола x, мм	Расстояние между пластинами d, мм	Емкость конденсатора C, пФ	, м–1

7. Измерьте диаметры пластин D. Вычислите площадь пластин S₀.

8. Постройте график зависимости емкости конденсатора С от 1/d, где d – расстояние между пластинами.

9. По угловому коэффициенту прямой вычислите действующую площадь пластин S. Оцените ее погрешность. Сравните S и S₀. Сделайте вывод о целесообразности использования величины S₀ в качестве действующей площади пластин.

10. Измерьте смещение прямой по оси ОС. Найдите величину С₀, являющуюся паразитной емкостью. Она не зависит от расстояния между пластинами и определяется теми проводниками, которые находятся снаружи конденсатора, например, емкостью конденсатора, образованного пластинами и окружающими телами и т.д. Паразитную емкость можно представить, как конденсатор, включенный параллельно пластинам.

Определение диэлектрической проницаемости материалов.

1. Поместите между пластинами конденсатора образец, полностью закрывающий пластины.

2. Измерьте расстояние от верхней пластины до поверхности стола. Вычислите расстояние между пластинами.

3. Измерьте емкость конденсатора.

4. Удалите образец и, установив прежнее расстояние между пластинами, снова измерьте емкость конденсатора. Данные занесите в таблицу:

5. По отношению емкостей вычислите диэлектрическую проницаемость материала. Не забудьте учесть существование паразитной емкости.

6. Измерьте размеры второго образца. Затем поместите его между пластинами.

7. Проведите измерения, аналогичные п.п.2—4.

8. Вычислите диэлектрическую проницаемость образца с учетом того, что не все пространство между пластинами заполнено диэлектриком. Рекомендуется рассмотреть конденсатор как систему из нескольких параллельно соединенных конденсаторов (см. теоретическую часть работы).

Основные понятия и определения

Заряд, электрическое поле, электростатическое поле, напряженность электрического поля, потенциал электростатического поля, диэлектрик, диэлектрическая проницаемость, электрическая постоянная, электрический ток.

Конденсатор, заряд конденсатора, электрическая емкость, плоский конденсатор, параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

Переходные процессы, постоянная времени, условие квазистационарности.

Вопросы.

1. Выведите формулу для емкости плоского конденсатора.

2. Выведите формулы для последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

3. Рассчитайте силу взаимодействия пластин плоского конденсатора из данной лабораторной работы, если расстояние между пластинами 1 мм, и на конденсатор подано напряжение 100 В.

4. Как изменится зависимость U(t) при разрядке, если оба конденсатора соединить параллельно?

5. Как изменится формула (18), если в начальный момент времени конденсатор был заряжен до напряжения U₁?

6. По какому закону будет изменяться напряжение на резисторе, через который разряжаются два конденсатора, соединенные последовательно? Начальное напряжение на каждом конденсаторе было равно U₁.

Список рекомендуемой литературы.

1. Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. – 576с.

2. Методическое пособие по обработке результатов измерений, Мн., МГЭУ, 2005, 36 с.

Литература, использованная при подготовке пособия.

1. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. Учебное пособие. – СПб.: «Лань», 1999. -464 с.

1. Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. – 576с.

3. Большая советская энциклопедия, электронная версия. Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", 2002.

4. А.Черноуцан, Физика. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов. Электронная версия, 2000, 147 с.

5. Электронный курс «Открытая Физика 2.5 часть 2», ООО ФИЗИКОН, 2002

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 171; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!